碳基土壤调理剂对烤烟生长期高肥力土壤的调理效果研究

2020-02-25赵新梅宋鹏飞李枝武陈兴位

西南农业学报 2020年11期

赵新梅，宋鹏飞，李枝武，闫辉，倪明，陈兴位，王炽*

(1.云南省农业科学院农业资源环境研究所，云南昆明 650205; 2.云南中烟有限责任公司技术中心，云南昆明 650231)

【研究意义】随着社会经济的发展，传统烤烟种植区域农田不断被城市建设用地及蔬菜、花卉等高经济价值作物侵占，传统植烟农田的面积不断减少[1-3]。为了保证烤烟生产量，烤烟被迫与蔬菜、大蒜等高施肥经济作物进行轮作，并且轮作面积有不断增加的趋势[4-5]。蔬菜、大蒜等作物施氮量在375～525 kg·hm-2，是烤烟作物的5～6倍。大量的化肥投入造成土壤基础地力水平过高[6]，局部蔬菜地土壤硝态氮含量超过了200 mg·kg-1[7-9]。同时由于化肥的肥效快、效率高，有机肥的肥效慢、效率低，造成农民重化肥轻有机肥。然而，烤烟是一种对氮素较为敏感的作物，氮肥过量容易造成贪青不落黄而失去经济价值[9-10]。【前人研究进展】秸秆、厩肥、绿肥等生物质碳是传统的土壤培肥和改良材料。生物质碳源材料投入在低肥力土壤上能够显著提升总有机碳含量，且能提高土壤的供氮能力[11]；在酸性土壤上能够提高酸化茶园土壤的pH、改善土壤的养分特性[12]；在高肥力土壤上可以调控土壤养分供应，改善土壤理化性质[13]。【本研究切入点】针对高肥力土壤种植烤烟，由于土壤基础地力较高、氮素供应能力强造成烤烟贪青不回黄的问题，利用碳基土壤调理剂对高肥力土壤进行氮素调节，改善、调节土壤的氮素供应能力，实现土壤氮素供应能力与烤烟需求的平衡。【拟解决的关键问题】为高肥力土壤生产出高品质的烟叶探索技术参数。

1 材料与方法

1.1 试验环境条件

试验点1位于云南省玉溪市峨山县小街镇十一村委会普家仓村(东经102°27′25″，北纬24°10′48″)，海拔1510 m，土壤类型为水稻土。属中亚热带半湿润凉冬高原季风气候区，气候温和，日照充足。夏无酷暑，冬无严寒，降水量适中，年均降雨量为934.6 mm。年平均气温15.9 ℃，月均气温1月最低，为8.4 ℃；7月最高，为21.2 ℃。年平均日照为2286.9 h。

试验点2位于云南省大理州洱源县三营乡五集村(东经100°0′40″，北纬26°10′3″)，海拔2097 m，土壤类型为水稻土。属亚热带高原山地气候，雨量充沛，多年平均年降雨量1000 mm左右。干湿季分明，降雨主要集中在6-9月，多年平均降雨量750 mm左右，占全年降雨量的85 %左右。年平均气温13 ℃，温度最低月(12月到次年1月)，多年平均气温5 ℃；温度最高月(6-7月)，多年平均气温21 ℃。日照充足，年平均日照时数2250～2480 h。

试验点1和试验点2上茬均种植大蒜，土壤理化性质见表1。

表1 试验点基础地力

1.2 试验处理设置

试验设5个处理3次随机重复。即：CK0空白处理，不施任何肥料；CK1对照，化肥+商品有机肥；T1化肥+碳基调理剂I；T2化肥 +碳基调理剂II；T3化肥+碳基调理剂III。碳基调理剂是利用不同植物秸秆粉碎后厌氧半发酵制作而成，厌氧半发酵可有效去除植物残体的蛋白质、有机酸、小分子糖、醇、脂类物质，而木质素、纤维素、半纤维素及多糖等物质更好的保留下来。试验用碳基调理剂是课题组自行配制，调理剂I以米糠、油枯为基础配制，调理剂II以米糠、沸石粉为基础配制，调理剂III以米糠、生物炭为基础配制。供试碳基调理剂的基础性质见表2。

表2 试验材料基础性质

玉溪试验点种植烤烟品种为K326，移栽方式为膜上壮苗移栽，种植密度：16 500株·hm-2，移栽规格：株距55～60 cm，墒距110 cm，墒高30 cm。烟苗移栽时间2018年4月20日，第1次采烤时间2018年7月12日，最后1次采烤时间：2018年8月30日。

大理试验点种植烤烟品种为云烟99，移栽方式为膜上壮苗移栽，种植密度：19 500株·hm-2，移栽规格：株距45 cm，墒距110 cm，墒高30 cm。烟苗移栽时间2018年5月15日，第1次采烤时间2018年8月1日，最后1次采烤时间：2018年9月25日。

各试验小区除施肥不同外，烤烟种植品种、栽培管理、覆膜方式均相同。试验点具体施肥情况见表3。

表3 试验点施肥量

1.3 数据分析和计算方法

数据分析采用SPSS 12.3以及Excel 2010进行基本计算和统计分析，并采用Duncan法进行多重比较，显著水平设定为P<0.05。

土壤基础氮素供应量=无氮肥区烤烟氮吸收量

土壤当季氮素盈余量=氮肥施用量-作物氮素吸收量

2 结果与分析

2.1 不同调理剂对土壤pH的影响

从表4可见，2个试验点土壤pH均随着生育期逐渐提升，但各处理间无显著差异。据张星等[14]研究秸秆施用可以提高土壤pH，但本试验中施用3种碳基调理剂对土壤pH没有显著的提升效果，这可能是高肥力水稻土对土壤pH的缓冲能力较强，掩盖了调理剂的效果。

表4 不同处理对烤烟生长期土壤pH的影响

2.2 不同调理剂对土壤有机质的影响

土壤有机质的提升是长期累积的过程，本试验结果显示试验前(基础土壤)和试验后(打顶期)土壤有机质含量基本一致。从表5可见，随着氮磷等营养元素的投入，土壤中氮磷营养的增加虽然促进了土壤中生物质材料的降解，但这种促进作用非常弱。可能是高肥力土壤条件下，投入氮磷养分数量占土壤中速效养分的比重太小，也就是高肥力条件下氮磷等营养物质不是微生物的限制因子。试验结果也表明土壤调理剂对玉溪试验点的影响大于大理试验点。2个试验点土壤有机质含量旺长期>基础土样>打顶期。3种调理剂处理与对照相比，玉溪试验点旺长期土壤有机质含量有一定提升，T1、T2、T3分别比CK0提高10.8 %、21.5 %、4.4 %；大理洱源试验点T2比CK0提高8.4 %，T1、T3降低4.8 %、1.2 %。

表5 不同处理对烤烟生长期土壤有机质含量的影响

2.3 不同调理剂对土壤氮的影响

水解氮含量能够反映土壤近期的氮素供应能力，2个试验点土壤水解氮含量满足：旺长期>基础土样>打顶期。旺长期烟株较小，吸收的养分相对较低，土壤的水解性氮含量最高，打顶期是植株养分吸收的高峰，土壤水解氮含量下降。施用3种调理剂对旺长期土壤的水解氮含量有显著影响，2个试验点旺长期土壤水解氮含量T1>T2>T3，其中玉溪试验点旺长期水解氮含量T1比CK1高24 %，T2、T3与CK1无显著差异，大理试验点水解氮含量T1、T2、T3比CK1分别低11.6 %、14 %、34 %(表6)。

表6 不同处理对烤烟生长期土壤水解性氮含量的影响

无机态氮包括NH4-N和NO3-N，是作物可直接吸收利用的2种氮形态。由表7可见，3种调理剂对旺长期土壤的无机氮含量有显著影响，旺长期土壤无机氮含量T1>T2>T3。其中，玉溪试验点T1比CK1高24 %，T2、T3比CK1低23.7 %、25.7 %；大理试验点旺长期土壤无机氮含量T1与CK1无显著差异，T2、T3比CK1分别低36.9 %、51.6 %。由此说明，T2和T3调理剂在一定程度上具有抑制肥效的作用。

表7 不同处理对烤烟生长期的土壤无机氮含量影响

2.4 植株对氮的动态吸收

从图1可见，作物氮吸收量与作物生长时期(生物产量)紧密相关，作物生长量与氮吸收量呈正相关关系。其中，烤烟苗期生长缓慢，氮累积速度也相应较慢；团颗期后生长速度增快，氮素的累积速度也随之增加，封顶时累积速率达到最大；封顶后氮素吸收速度逐渐降低。烤烟封顶期后，不再以提高植物的生物产量为目的，而以提高烟叶内在化学物质平衡稳定性(即烟叶成熟度)为主，此时若土壤氮素供应能力太强，容易造成烟叶贪青难以成熟。试验结果表明，T1与CK1土壤的氮素供应能力大致相当，T2和T3氮素土壤供应能力较CK1明显要低。玉溪试验点烤烟对氮素的吸收总量从大到小依次为CK1(9.45 g·株-1)>T1(8.64 g·株-1)>T2(6.09 g·株-1)>T3(5.97 g·株-1)>CK0(5.51 g·株-1)，其中CK1和T1在烤烟成熟期氮素吸收量最大(分别达2.54，2.29 g·株-1)。大理试验点烤烟氮素的吸收总量从大到小依次为T1(12.81 g·株-1)>T2(11.80 g·株-1)>CK1(10.93 g·株-1)>T3(7.31 g·株-1)>CK0(6.14 g·株-1)，其中T1、T2在成熟期对氮素的吸收量最大(2.21 g·株-1)。

图1 碳基调理剂对不同生育期整株烟的氮素累积量影响Fig.1 Effects of carbon-based conditioners on nitrogen accumulation in whole plant flue-cured tobacco at different growing period

2.5 不同调理剂的土壤氮素平衡状况

土壤基础氮素供应量以不施肥区(CK0)烤烟氮素吸收量来计算，玉溪、大理试验点的基础氮素供应量分别为90.89、119.68 kg·hm-2，土壤基础含氮量较高。2个试验点的施氮量满足CK1>T1>T3>T2，且3种碳基调理剂的施氮量均低于烤烟氮素吸收量，当季氮盈余量为负数，说明调理剂有利于消耗高肥力土壤的氮素。玉溪和大理试验点施用T3调理剂的烟田氮盈余量分别为-86.59、-124.55 kg·hm-2，说明T3材料能调控高肥力土壤，使烟田当季氮素趋于平衡(表8)。

表8 不同处理土壤氮素盈余状况

2.6 不同调理剂对烟叶产质量的影响

不同调理剂对初烤烟叶产量、产值的影响较大(表9)，玉溪试验点产量:T1>T3>CK1>T2>CK0，施用T3调理剂的产值、上等烟比例最高，分别比CK0高14.2 %、6.2 %；CK0的烟叶产量和产值在各处理中最低；大理试验点烟叶产量：T1>CK1>T3>T2>CK0，施用T3调理剂的产值、上等烟比例最高，分别比CK0高16.1 %、23.2 %。

表9 不同处理初烤烟叶产质量的影响

3 讨论

生物质碳源材料能够调节高肥力土壤养分，主要表现在烤烟的旺长期。3种碳基调理剂的供氮能力：T1>T2>T3，土壤氮素固持能力：T3>T2>T1。对于烟株生长而言，并不是土壤供氮能力越强越好，而是需要根据烟株需肥规律和烟叶质量来供肥[15]，烟草生长前期需肥较多，但成熟期又要控制土壤氮素的供应量，保证烤烟不贪青，及时落黄成熟[7，13]。研究表明，施用T1调理剂土壤旺长期的水解氮和无机氮含量较高，尤其在烤烟成熟期的供氮能力较强，易使烟株贪青晚熟，因而不适宜在高肥力土壤中施用。施用T3调理剂的土壤旺长期的水解氮和无机氮含量最低，T3调理剂的C/N较高，高C/N的碳基调理剂在腐殖化过程中需要消耗无机氮[16]，并产生一些多糖类物质[17]，具有较强氮固持能力，李雪利等[18]研究也有相同结果。

施用3种碳基调理剂能够调节植株对养分的吸收量，从而影响烟株的产质量。T1、T2、T3调理剂的供氮量与基础氮素供应量之和均低于150 kg·hm-2，刘青丽[19]等对烤烟氮素供应与烤烟氮素吸收规律的研究也有相同结果。施用3种碳基调理剂的烟叶产量：T1>T3>T2，其中施用T3碳基调理剂的上等烟比例、产值为最高。施用T3碳基调理剂能够在成熟期减少烟株对氮素的吸收，提高烟叶上等烟比例，增加产值；T3调理剂还能调节高肥力土壤的盈余状况，减少氮素流失，鲁彩艳等[20-22]研究也有相同结果。